一阶导数判别法判断相对极值 — AP 微积分 BC
AP 微积分 BC · 第5单元:微分的分析应用 · 14 min read
1. 一阶导数判别法的核心概念 ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
一阶导数判别法(也称为局部/相对极值判别法)是AP微积分BC第5单元的核心方法,在选择题和自由作答题中都会出现,占考试总分的4-7%。
该方法利用一阶导数的几何意义:$f'(x)$告诉我们$f(x)$是递增($f'(x) > 0$)还是递减($f'(x) < 0$)。通过分析临界点周围$f'(x)$的符号变化,我们可以将该点分类为相对极大值、相对极小值或两者都不是。
Exam tip: 在AP自由作答题中,你必须明确提及一阶导数的符号变化,才能获得极值分类的全部证明分数。
2. 内部临界点的符号分析 ★★☆☆☆ ⏱ 4 min
要对内部临界点应用一阶导数判别法,将$f'$的定义域按临界点分割为多个区间,在每个区间内取一点测试$f'(x)$的符号,然后使用以下符号变化规则进行分类:
- 如果$f'$在$c$处由正变负,则$f$在$x=c$处有一个**相对极大值**
- 如果$f'$在$c$处由负变正,则$f$在$x=c$处有一个**相对极小值**
- 如果$f'$在$c$处符号不变,则$f$在$x=c$处**没有相对极值**
Exam tip: 仅说明$f'(c)=0$不足以证明自由作答题中的极值存在。
3. $f'$不存在处的临界点 ★★★☆☆ ⏱ 4 min
只要$c$在$f$的定义域中,即使$f'(c)$不存在,也可能是临界点。一阶导数判别法对这些点的处理流程与$f'(c)=0$的点完全相同。这种情况常见于绝对值函数、根式函数和分段函数,在AP考试中经常出现。
Exam tip: 在将$f'$不存在的点称为临界点之前,一定要确认该点在$f$的定义域中。
4. 端点极值的一阶导数判别法 ★★★☆☆ ⏱ 4 min
在闭区间$[a, b]$上,端点$x=a$和$x=b$可以是相对极值,因为定义相对极值时我们只考虑区间内的函数值。一阶导数判别法可以自然推广到端点,只需检查端点内侧$f'$的符号即可:
- Left endpoint $x=a$: If $f'(x) < 0$ just right of $a$, $f(a)$ is a relative maximum. If $f'(x) > 0$ just right of $a$, $f(a)$ is a relative minimum.
- Right endpoint $x=b$: If $f'(x) > 0$ just left of $b$, $f(b)$ is a relative maximum. If $f'(x) < 0$ just left of $b$, $f(b)$ is a relative minimum.
Exam tip: When asked to find all relative extrema on a closed interval, don't forget to classify endpoints—this is a common AP exam point trap.
5. AP风格的额外例题 ★★★★☆ ⏱ 6 min
Common Pitfalls
Why: 学生自动将任何$f'$不存在的点标记为临界点,而不检查$f$的定义域
Why: 学生混淆了临界点的条件和极值的证明要求
Why: 学生学到临界点是内点,因此在分类相对极值时完全忽略端点
Why: 学生有时会不小心测试了临界点而非区间内的点,得到导数为零,错误得出符号不变的结论
Why: 学生在考试日快速解题时会混淆函数值和导数值
Quick Reference Cheatsheet